Oczyszczanie gazów

Oczyszczanie gazów

odlotowych

odlotowych

z zanieczyszczeń gazowych

z zanieczyszczeń gazowych

cz. 2

cz. 2

wykład - Ochrona środowiska rok III inż.

wykład - Ochrona środowiska rok III inż.

© K. Warmiński, UWM w Olsztynie (2007)

© K. Warmiński, UWM w Olsztynie (2007)

Inne metody odsiarczania

Inne metody odsiarczania

gazów

gazów

Oprócz omówionych już mokrych metod

Oprócz omówionych już mokrych metod

absorpcyjnych stosuje się do

absorpcyjnych stosuje się do

odsiarczania:

odsiarczania:



metody adsorpcyjne

metody adsorpcyjne



sucha z wprowadzaniem sorbentu do

sucha z wprowadzaniem sorbentu do

paleniska

paleniska



adsorpcja na węglu aktywnym lub koksie

adsorpcja na węglu aktywnym lub koksie



spalanie w kotłach fluidalnych

spalanie w kotłach fluidalnych

Metoda sucha

Metoda sucha

Zaliczana do met. adsorbcyjnych

Zaliczana do met. adsorbcyjnych

(

(

chemisorpcja

chemisorpcja

);

);

Polega na wprowadzeniu (wtrysku) drobno

Polega na wprowadzeniu (wtrysku) drobno

zmielonego (pyłu) sorbentu do właściwej

zmielonego (pyłu) sorbentu do właściwej

strefy spalania (komory paleniskowej);

strefy spalania (komory paleniskowej);

sorbentem może być wapniak CaCO

sorbentem może być wapniak CaCO

3

3

,

,

dolomit CaCO

dolomit CaCO

3

3

·MgCO

·MgCO

3

3

, wapno gaszone

, wapno gaszone

Ca(OH)

Ca(OH)

2

2

lub wapno palone CaO.

lub wapno palone CaO.

Metoda sucha

Metoda sucha

W temperaturze płomienia następuje

W temperaturze płomienia następuje

dekarbonizacja węglanów (750-900

dekarbonizacja węglanów (750-900

o

o

C) lub

C) lub

dehydratacja wodorotlenku (400-500

dehydratacja wodorotlenku (400-500

o

o

C) do

C) do

CaO i reakcja z SO

CaO i reakcja z SO

2

2

i HCl

i HCl

Metoda sucha

Metoda sucha



dehydratacja: Ca(OH)

dehydratacja: Ca(OH)

2

2

= CaO + H

= CaO + H

2

2

O

O



dekarbonizacja: CaCO

dekarbonizacja: CaCO

3

3

= CaO + CO

= CaO + CO

2

2



chemisorpcja:

chemisorpcja:

CaO + SO

CaO + SO

2

2

= CaSO

= CaSO

3

3

CaO + SO

CaO + SO

3

3

= CaSO

= CaSO

4

4

CaO + 2HCl = CaCl

CaO + 2HCl = CaCl

2

2

+ H

+ H

2

2

O

O

Adsorpcja na węglu

Adsorpcja na węglu

Metoda ta polega na adsopcji SO2 z

Metoda ta polega na adsopcji SO2 z

odpylonych gazów na sorbencie

odpylonych gazów na sorbencie

węglowym. Sorbentem może być:

węglowym. Sorbentem może być:



węgiel aktywny

węgiel aktywny

(zastosowanie:

(zastosowanie:

ochrona dróg oddechowych – maski,

ochrona dróg oddechowych – maski,

klimatyzacja)

klimatyzacja)



koks aktywny

koks aktywny

– mniejsza

– mniejsza

skuteczność, ale dużo tańszy

skuteczność, ale dużo tańszy

(zastosowanie przemysłowe)

(zastosowanie przemysłowe)

Adsorpcja na węglu

Adsorpcja na węglu

Adsorpcja SO

Adsorpcja SO

2

2

zachodzi dzięki:

zachodzi dzięki:



rozwiniętej powierzchni właściwej

rozwiniętej powierzchni właściwej



właściwościom katalitycznym węgla – na

właściwościom katalitycznym węgla – na

powierzchni zachodzi szybkie utlenianie

powierzchni zachodzi szybkie utlenianie

SO

SO

2

2

do SO

do SO

3

3

i hydratacja do H

i hydratacja do H

2

2

SO

SO

4

4

:

:

SO

SO

2

2

+ ½ O

+ ½ O

2

2

+ H

+ H

2

2

O = H

O = H

2

2

SO

SO

4

4

Optymalna temperatura ok. 390 K

Optymalna temperatura ok. 390 K

Adsorpcja na węglu

Adsorpcja na węglu

Regeneracje sorbentu można przeprowadzić :

Regeneracje sorbentu można przeprowadzić :



w podwyższonej temperaturze (700 K)

w podwyższonej temperaturze (700 K)

2 H

2 H

2

2

SO

SO

4

4

+ C = 2 SO

+ C = 2 SO

2

2

+ CO

+ CO

2

2

+ 2 H

+ 2 H

2

2

O

O



lub przez przemywanie wodą (uzyskujemy

lub przez przemywanie wodą (uzyskujemy

roztwór kwasu siarkowego o stężeniu

roztwór kwasu siarkowego o stężeniu

kilkunastu procent)

kilkunastu procent)

Kotły fluidalne

Kotły fluidalne

Zastosowanie tego typu rozwiązań ma za

Zastosowanie tego typu rozwiązań ma za

zadanie jednocześnie ograniczyć emisję

zadanie jednocześnie ograniczyć emisję

SO

SO

2

2

(chemisorpcja) i NOx (obniżenie

(chemisorpcja) i NOx (obniżenie

temperatury spalania). Drobno zmielone

temperatury spalania). Drobno zmielone

paliwo stałe (np. węgiel kamienny) i

paliwo stałe (np. węgiel kamienny) i

wapniak utrzymywane są w stanie

wapniak utrzymywane są w stanie

fluidalnym przez powietrze zastosowane

fluidalnym przez powietrze zastosowane

w niedomiarze (ok. 65% całkowitej ilości

w niedomiarze (ok. 65% całkowitej ilości

powietrza) – pierwsza strefa spalania.

powietrza) – pierwsza strefa spalania.

Kotły fluidalne

Kotły fluidalne

W drugiej strefie spalania następuje

W drugiej strefie spalania następuje

dopalenie paliwa. Dwustrefowe

dopalenie paliwa. Dwustrefowe

spalanie przyczynia się do lepszego

spalanie przyczynia się do lepszego

wykorzystania paliwa, obniżenia

wykorzystania paliwa, obniżenia

temperatury (mniejsza emisja NOx),

temperatury (mniejsza emisja NOx),

a dodatek wapniaka eliminuje w

a dodatek wapniaka eliminuje w

>90% tlenki siarki z gazów

>90% tlenki siarki z gazów

spalinowych.

spalinowych.

Reakcje sorpcji jak w metodzie suchej.

Reakcje sorpcji jak w metodzie suchej.

Kotły fluidalne

Kotły fluidalne

Kotły fluidalne

Kotły fluidalne

Kotły fluidalne

Kotły fluidalne

OBJASNIENIA do schematu kotła fluidalnego

OBJASNIENIA do schematu kotła fluidalnego

1. Palenisko fluidalne wykonane w postaci spawanego płaszcza szczelnego

1. Palenisko fluidalne wykonane w postaci spawanego płaszcza szczelnego

stanowiącego wymiennik ciepła.

stanowiącego wymiennik ciepła.

2.  Dno sitowe oryginalnej konstrukcji opartej na polskim patencie, oddziela

2.  Dno sitowe oryginalnej konstrukcji opartej na polskim patencie, oddziela

komorę podsitową od paleniska.

komorę podsitową od paleniska.

3. Komora podsitowa zapewnia równomierne doprowadzenie powietrza do dna

3. Komora podsitowa zapewnia równomierne doprowadzenie powietrza do dna

sitowego.

sitowego.

4. Układ odpopielania.

4. Układ odpopielania.

5. Korpus kotła wykonany jako płaszcz wodny, do którego montowane są

5. Korpus kotła wykonany jako płaszcz wodny, do którego montowane są

pozostałe elementy.

pozostałe elementy.

6. Baterie wężownic, tworzące główną powierzchnię wymiany ciepła.

6. Baterie wężownic, tworzące główną powierzchnię wymiany ciepła.

7. Dozowniki paliwa i sorbentu.

7. Dozowniki paliwa i sorbentu.

8. Bunkry zasypowe zabezpieczające nieprzerwane podawanie paliwa i

8. Bunkry zasypowe zabezpieczające nieprzerwane podawanie paliwa i

sorbentu.

sorbentu.

9. Króciec wody zasilającej.

9. Króciec wody zasilającej.

10. Króciec wody powrotnej.

10. Króciec wody powrotnej.

11. Elementy automatyki (pomiaru i sterowania)

11. Elementy automatyki (pomiaru i sterowania)

12. Komora osadcza (I stopień odpylania) wykonana jest jako integralna część

12. Komora osadcza (I stopień odpylania) wykonana jest jako integralna część

kotła.

kotła.

13. Miejsce podłączenia cyklonów lub kanałów spalin

13. Miejsce podłączenia cyklonów lub kanałów spalin

14. Wentylator podmuchowy dostarczany wraz z kotłem.

14. Wentylator podmuchowy dostarczany wraz z kotłem.

Właściwości złoża

Właściwości złoża

fluidalnego

fluidalnego

Złoże fluidalne charakteryzuje się szeregiem cech,

Złoże fluidalne charakteryzuje się szeregiem cech,

dzięki którym zapewnione są optymalne warunki

dzięki którym zapewnione są optymalne warunki

spalania:

spalania:



materiał złoża zachowuje się jak wrzący

materiał złoża zachowuje się jak wrzący

płyn

płyn

- poprzez intensywny ruch cząstek złoża

- poprzez intensywny ruch cząstek złoża

następuje dokładne wymieszanie powietrza,

następuje dokładne wymieszanie powietrza,

paliwa i ewentualnie sorbentu,

paliwa i ewentualnie sorbentu,



w złożu

w złożu

następuje ścieranie

następuje ścieranie

przereagowanej

przereagowanej

lub spalonej warstwy paliwa,

lub spalonej warstwy paliwa,

Właściwości złoża

Właściwości złoża

fluidalnego

fluidalnego



ziarna paliwa mają bardzo dobry kontakt z

ziarna paliwa mają bardzo dobry kontakt z

powietrzem

powietrzem

- nie występują strefy gdzie paliwo

- nie występują strefy gdzie paliwo

zgazowywane jest bez dostępu powietrza, a

zgazowywane jest bez dostępu powietrza, a

powstałe gazy spalinowe spalane są

powstałe gazy spalinowe spalane są

bezpłomieniowo nim opuszczą złoże,

bezpłomieniowo nim opuszczą złoże,



podobnie jak we wrzącej cieczy w całej objętości

podobnie jak we wrzącej cieczy w całej objętości

łoża

łoża

występuje stała temperatura

występuje stała temperatura

oraz

oraz

następuje ciągłe uśrednianie składu złoża,

następuje ciągłe uśrednianie składu złoża,

Właściwości złoża

Właściwości złoża

fluidalnego

fluidalnego



zwiększone współczynniki wymiany ciepła i masy

zwiększone współczynniki wymiany ciepła i masy

powodują że,

powodują że,

ciepło złoża jest przekazywane do

ciepło złoża jest przekazywane do

spalin oraz zanurzonych w nim wymienników

spalin oraz zanurzonych w nim wymienników

z

z

większą intensywnością;

większą intensywnością;



stała

stała

niska temperatura spalania

niska temperatura spalania

, oraz brak stref

, oraz brak stref

spalania typowych do spalania w płomieniu znacznie

spalania typowych do spalania w płomieniu znacznie

ogranicza emisję tlenków azotu

ogranicza emisję tlenków azotu

,

,



dodawanie

dodawanie

sorbentu wapiennego

sorbentu wapiennego

do paliwa

do paliwa

umożliwia wiązanie siarki bezpośrednio w złożu;

umożliwia wiązanie siarki bezpośrednio w złożu;

osiągana

osiągana

skuteczność odsiarczania 50-98%;

skuteczność odsiarczania 50-98%;

daje to możliwość spalania również paliw o znacznej

daje to możliwość spalania również paliw o znacznej

zawartości siarki

zawartości siarki

.

.

Metody ograniczania

Metody ograniczania

emisji NO

emisji NO

x

x

Informacje wstępne

Informacje wstępne



W procesie spalania paliw z udziałem

W procesie spalania paliw z udziałem

powietrza jako utleniacza powstają

powietrza jako utleniacza powstają

trzy rodzaje tlenków azotu w

trzy rodzaje tlenków azotu w

następujących proporcjach:

następujących proporcjach:

Tlenki azotu

Tlenki azotu

Udział w emisji

Udział w emisji

[%]

[%]

NO

NO

NO

NO

2

2

N

N

2

2

O

O

95 – 97 %

95 – 97 %

3 – 5 %

3 – 5 %

~ 0,5 %

~ 0,5 %

Informacje wstępne

Informacje wstępne



Z względu na brak charakteru

Z względu na brak charakteru

kwasowego tlenku azotu NO, w

kwasowego tlenku azotu NO, w

porównaniu z NO

porównaniu z NO

2

2

, nie bierze on udziału

, nie bierze on udziału

w reakcjach z sorbentami alkalicznymi

w reakcjach z sorbentami alkalicznymi

tj. CaO, Ca(OH)

tj. CaO, Ca(OH)

2

2

, lub CaCO

, lub CaCO

3

3

, tak jak to

, tak jak to

ma miejsce w przypadku SO

ma miejsce w przypadku SO

2

2



Powstający NO

Powstający NO

2

2

reaguje z w/w, lecz

reaguje z w/w, lecz

procesy te mają niewielkie znaczenie z

procesy te mają niewielkie znaczenie z

uwagi na mały udział NO

uwagi na mały udział NO

2

2

w NOx (3-5%)

w NOx (3-5%)

Redukcja NOx

Redukcja NOx

Obecnie stosuje się następujące

Obecnie stosuje się następujące

metody redukcji emisji NOx:

metody redukcji emisji NOx:

1.

1.

met. pierwotne

met. pierwotne

2.

2.

met. wtórne wykorzystujące:

met. wtórne wykorzystujące:



redukcję NO i NO

redukcję NO i NO

2

2

do N

do N

2

2



wstępne utlenienie NO do NO

wstępne utlenienie NO do NO

2

2

i

i

dalszą absorpcję w układach

dalszą absorpcję w układach

alkalicznych

alkalicznych

Metody pierwotne

Metody pierwotne

Ze względu na skomplikowane procesy

Ze względu na skomplikowane procesy

oczyszczania gazów odlotowych z

oczyszczania gazów odlotowych z

NOx i związane z tym wysokie koszty

NOx i związane z tym wysokie koszty

często stosuje się redukcję emisji

często stosuje się redukcję emisji

NOx u źródła (met. pierwotne)

NOx u źródła (met. pierwotne)

Metody pierwotne

Metody pierwotne

Metody te oparte są na:

Metody te oparte są na:



odpowiednim doborze paliwa (mniejsze

odpowiednim doborze paliwa (mniejsze

znaczenie niż przy ograniczaniu em. SO

znaczenie niż przy ograniczaniu em. SO

2

2

)

)



obniżaniu

obniżaniu

temperatury

temperatury

spalania

spalania



obniżaniu

obniżaniu

stężenia tlenu

stężenia tlenu

w strefie

w strefie

spalania

spalania



skracania

skracania

czasu

czasu

przebywania gazów w

przebywania gazów w

strefie wysokich temperatur

strefie wysokich temperatur

Metody pierwotne

Metody pierwotne

Zadania te można zrealizować kilka sposobów:

Zadania te można zrealizować kilka sposobów:

1.

1.

właściwe zaprojektowanie komory paleniskowej

właściwe zaprojektowanie komory paleniskowej

2.

2.

stosowanie palników niskoemisyjnych

stosowanie palników niskoemisyjnych

3.

3.

wielostrefowe spalanie paliwa

wielostrefowe spalanie paliwa

4.

4.

recyrkulacja spalin do komory paleniskowej

recyrkulacja spalin do komory paleniskowej

5.

5.

zmniejszanie współczynnika nadmiaru

zmniejszanie współczynnika nadmiaru

powietrza (tylko kotły gazowe i olejowe)

powietrza (tylko kotły gazowe i olejowe)

6.

6.

zastosowanie wiru niskotemperaturowego

zastosowanie wiru niskotemperaturowego

Palniki niskoemisyjne

Palniki niskoemisyjne

Kotły fluidalne

Kotły fluidalne



Bardzo dobrym rozwiązaniem w

Bardzo dobrym rozwiązaniem w

redukcji emisji NOx wraz z

redukcji emisji NOx wraz z

odsiarczaniem jest wykorzystanie

odsiarczaniem jest wykorzystanie

kotłów fluidalnych (omówionych

kotłów fluidalnych (omówionych

wcześniej)

wcześniej)



optymalna temperatura spalania:

optymalna temperatura spalania:

1120 – 1170 K – gwarantuje to wraz z

1120 – 1170 K – gwarantuje to wraz z

dwustrefowym spalaniem znaczne

dwustrefowym spalaniem znaczne

ograniczenie tworzenia się NOx.

ograniczenie tworzenia się NOx.

Metody wtórne

Metody wtórne

1.

1.

Utleniające

Utleniające

- utlenianie NO do NO

- utlenianie NO do NO

2

2

i wiązanie NO

i wiązanie NO

2

2

metodami absorpcyjnymi

metodami absorpcyjnymi

np. metoda amoniakalna odsiarczania

np. metoda amoniakalna odsiarczania

połączona z utlenianiem NO

połączona z utlenianiem NO

ozonem

ozonem

Utleniaczami mogą być również:

Utleniaczami mogą być również:

ClO

ClO

2

2

, KMnO

, KMnO

4

4

, K

, K

2

2

CrO

CrO

4

4

itp. (drogie !!)

itp. (drogie !!)

Metody wtórne

Metody wtórne



skruber nr 1

skruber nr 1

– odsiarczanie

– odsiarczanie



skruber nr 2

skruber nr 2

:

:

NO + O

NO + O

3

3

= NO

= NO

2

2

2NO

2NO

2

2

+ 2 NH

+ 2 NH

3

3

+ H

+ H

2

2

O = NH

O = NH

4

4

NO

NO

2

2

+

+

NH

NH

4

4

NO

NO

3

3



skruber nr 3

skruber nr 3

– dodatkowe

– dodatkowe

oczyszczanie

oczyszczanie

Metody wtórne

Metody wtórne

2.

2.

Metoda radiacyjna – metoda nowatorska,

Metoda radiacyjna – metoda nowatorska,

polega na bombardowaniu gazów odlotowych

polega na bombardowaniu gazów odlotowych

wraz z sorbentami wiązka elektronów

wraz z sorbentami wiązka elektronów

wytwarzanych w akceleratorze. Następuje

wytwarzanych w akceleratorze. Następuje

aktywacja gazów i sorbentów, w tym

aktywacja gazów i sorbentów, w tym

utlenianie NO do NO2 tlenem dwuatomowym.

utlenianie NO do NO2 tlenem dwuatomowym.

Stosuje się ją do szybkiego oczyszczania z

Stosuje się ją do szybkiego oczyszczania z

SO

SO

2

2

,

,

NO

NO

x

x

i innych zanieczyszczeń.

i innych zanieczyszczeń.

Metody wtórne

Metody wtórne

3.

3.

Metoda redukcji niekatalitycznej

Metoda redukcji niekatalitycznej

np.

np.

amoniakiem lub mocznikiem:

amoniakiem lub mocznikiem:

4NO + 4NH

4NO + 4NH

3

3

+ O

+ O

2

2

= 4N

= 4N

2

2

+ 6H

+ 6H

2

2

O

O

2NO

2NO

2

2

+ 4NH

+ 4NH

3

3

+ O

+ O

2

2

= 3N

= 3N

2

2

+ 6H

+ 6H

2

2

O

O

Metody wtórne

Metody wtórne

3.

3.

Metoda redukcji katalitycznej

Metoda redukcji katalitycznej

– zachodzi

– zachodzi

wiele reakcji przyśpieszanych katalizatorami m.in.:

wiele reakcji przyśpieszanych katalizatorami m.in.:



2NO + 2CO = 2CO

2NO + 2CO = 2CO

2

2

+ N

+ N

2

2

(np. „katalizatory samochodowe

(np. „katalizatory samochodowe

”)

”)



oraz poprzednie reakcje

oraz poprzednie reakcje

przyśpieszane katalizatorami

przyśpieszane katalizatorami

(zastosowania przemysłowe i w nowszych

(zastosowania przemysłowe i w nowszych

samochodach)

samochodach)